Cnc torna tezgâhında ıslah çeliklerinin işlenmesinde titreşim ve yüzey pürüzlüğünün deneysel analizi

(1)

T.C.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

CNC TORNA TEZGÂHINDA ISLAH ÇELİKLERİNİN

İŞLENMESİNDE TİTREŞİM VE YÜZEY PÜRÜZLÜĞÜNÜN

DENEYSEL ANALİZİ

MUSTAFA DEMİRTAŞ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İMALAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

DANIŞMAN

DR. ÖĞR. ÜYESİ MENDERES KAM

(2)

T.C.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

CNC TORNA TEZGÂHINDA ISLAH ÇELİKLERİNİN

İŞLENMESİNDE TİTREŞİM VE YÜZEY PÜRÜZLÜĞÜNÜN

DENEYSEL ANALİZİ

Mustafa DEMİRTAŞ tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı’nda

YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı

Dr. Öğr. Üyesi Menderes KAM Düzce Üniversitesi

Jüri Üyeleri

Dr. Öğr. Üyesi Menderes KAM

Düzce Üniversitesi _____________________

Prof. Dr. Hamit SARUHAN

Düzce Üniversitesi _____________________

Dr. Öğr. Üyesi Gürcan ATAKÖK

Marmara Üniversitesi _____________________

(3)

BEYAN

Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.

25 Ağustos 2020

(4)

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Dr. Öğr. Üyesi Menderes Kam’a en içten dileklerimle teşekkür ederim.

Bu çalışma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen Musa ŞEREMET’e, teşekkür ederim.

Çalışmalarım boyunca yardımlarını, dualarını esirgemeyen eşime ve çocuklarım Abdullah Efe ve Ahmed’e sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Bu tez çalışması, Düzce Üniversitesi BAP-2019.22.01.911 numaralı Bilimsel Araştırma Projesiyle desteklenmiştir. Katkılarından dolayı Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü birimine ve çalışanlarına teşekkür ederim.

(5)

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ŞEKİL LİSTESİ ... vii

ÇİZELGE LİSTESİ ... ix

KISALTMALAR ... x

SİMGELER ... xi

ÖZET ... xii

ABSTRACT ... xiii

1. GİRİŞ ... 1

2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI ... 4

3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 16

3.1.AISI4340ISLAHÇELİKLERİ ... 17

3.2.DENEYMALZEMELERİNİNHAZIRLANMASI... 18

3.3.SERTLİKÖLÇMENUMUNELERİNİNHAZIRLANMASI ... 20

3.4.ISILİŞLEM ... 20

3.4.1. Geleneksel Isıl İşlem ... 21

3.4.2. Temperleme İşlemi ... 22

3.4.3. Deney Malzemelerine Uygulanan Isıl İşlem ... 23

3.5.SERTLİKÖLÇME ... 25

3.5.1. Sertlik Numunelerin Ölçülmesi ... 26

3.6.SERAMİKKESİCİTAKIMLAR ... 27

3.6.1. Seramik Kesici Takım Çeşitleri ... 28

3.6.1.1. Alüminyum Oksit (Al2O3) İçeren Seramikler ...29

3.6.1.2. Karışık Seramik ...29

3.6.1.3. Silisyum Nitrür(Si3N4) İçeren Seramikler ...29

3.6.2. Deneysel Çalışmada Kullanılan Kesici Takım ve Takım Tutucu ... 29

3.7.DENEYDÜZENEĞİ ... 30

3.8.TORNALAMA ... 33

3.8.1. Deneylerde Kullanılacak Kesme Parametreleri ... 35

3.9.TİTREŞİM ... 36

3.9.1. Titreşim Verilerinin Ölçülmesi ... 37

3.10.YÜZEYPÜRÜZLÜLÜĞÜ ... 38

3.10.1. Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçülmesi ... 41

4. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 42

4.1.SERTLİKBULGULARI... 42

4.2.TİTREŞİMGENLİĞİBULGULARI ... 43 4.2.1. Farklı Sertlikteki Numunelerin Tornalanması Sonucu Oluşan

(6)

Titreşimin, kesme hızı ve İlerleme İlişkisinin Değerlendirilmesi ... 48

4.3.YÜZEYPÜRÜZLÜLÜĞÜBULGULARI ... 57

4.3.1. Farklı Sertlikteki Numunelerin Yüzey Pürüzlülüğünün İlerleme ve Kesme Hızına Göre Değerlendirilmesi ... 59

4.3.1.1. İlerlemenin Yüzey pürüzlülüğüne Etkisi ...60

4.3.1.2. Kesme Hızının Yüzey pürüzlülüğüne Etkisi ...61

4.3.1.3. Numune Sertliğinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisi ...62

4.4.TALAŞKALINLIKLARIBULGULARI ... 63

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 66

5.1.SONUÇLAR ... 66

5.2.ÖNERİLER ... 68

6. KAYNAKLAR ... 69

7. EKLER ... 76

7.1.EK1:X-CH1DOĞRULTUSUNDAKİTİTREŞİMGRAFİĞİ ... 76

7.2.EK2:Y-CH2DOĞRULTUSUNDAKİTİTREŞİMGRAFİĞİ ... 82

7.3.EK3:X-CH1,Y-CH2,Z-CH3DOĞRULTUSUNDAKİTİTREŞİMGRAFİĞİ ... 88

(7)

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 3.1. Çalışmada uygulanan işlem basamakları. ... 17

Şekil 3.2. AISI 4340 deney numuneleri. ... 19

Şekil 3.3. AISI 4340 deney numuneleri. ... 19

Şekil 3.4. AISI 4340 sertlik ölçme numune ölçüleri. ... 20

Şekil 3.5. Alaşımsız çeliklerde karbon miktarına bağlı östenitleme (sertleştirme) sıcaklığı. ... 21

Şekil 3.6. AISI 4140 çeliğinin 1 saat temperlenmiş haldeki sertlik ve tokluğunun sıcaklığa göre değişimi. ... 23

Şekil 3.7. AISI 4340 çeliğinin mekanik özelliklerinin farklı temperleme sıcaklığına göre değişimi. ... 23

Şekil 3.8. Isıl işlem sonrası AISI 4340 çeliği numuneleri. ... 24

Şekil 3.9. AISI 4340 çeliğinin ısıl işlem prosesi. ... 25

Şekil 3.10. AISI 4340 çeliği sertlik ölçme numuneleri. ... 26

Şekil 3.11. Bulut DIGIROCK sertlik ölçüm cihazı. ... 27

Şekil 3.12. Seramik kesici takımlar .. ... 28

Şekil 3.13. TNGA 120408 AB20 seramik kesici takım. ... 29

Şekil 3.14. MTJNR 2525 M1604 model takım tutucu ... 30

Şekil 3.15. Deney düzeneğinin şematik gösterimi. ... 31

Şekil 3.16. Deney düzeneğinin çalışması. ... 32

Şekil 3.17. Lokesh T-250 CNC torna tezgâhı. ... 33

Şekil 3.18. Kesme parametrelerinin iş parçası üzerinde gösterimi. ... 34

Şekil 3.19. MTJNR 2525 M1604 takım tutucuya ivmeölçerlerin bağlanması. ... 38

Şekil 3.20. Veri toplama ünitesi. ... 38

Şekil 3.21. Yüzey pürüzlülük ölçümü ... 40

Şekil 3.22. Yüzey pürüzlülük profili ve parametreleri ... 40

Şekil 3.23. Mahr marka MarSurf PS 10 model ölçüm cihazı ile yapılan ölçüm. ... 41

Şekil 4.1. 140 m/dak kesme hızındaki titreşim genliklerinin ilerleme ve iş parçası sertliğine göre değişimi. ... 48

Şekil 4.5. 20 HRc Z-Ch3 doğrultusunda oluşan titreşim grafiği (D1-D6). ... 51

Şekil 4.11. 20 HRc numunenin Ra ve Rz grafikleri. ... 59

(8)

Şekil 4.13. 53 HRc numunenin Ra ve Rz grafikleri. ... 60

Şekil 4.14. 20 HRc numunenin kesme hızı ve ilerlemeye bağlı talaş kalınlığının değişimi. ... 63

Şekil 7.1. 20 HRc X-Ch1 doğrultusunda oluşan titreşim grafiği (D1-D6). ... 76

Şekil 7.7. 20 HRc Y-Ch2 doğrultusunda oluşan titreşim grafiği (D1-D6). ... 82

Şekil 7.13. 20 HRc X-Ch1, Y-Ch2, Z-Ch3 doğrultusunda oluşan titreşim grafiği (D1-D6). ... 88

(9)

ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa No

Çizelge 3.1. AISI 4340 çeliğinin kimyasal bileşimi ... 18

Çizelge 3.2. AISI 4340 çeliğinin mekanik özellikleri ... 19

Çizelge 3.3. AISI 4340 çeliğinin ısıl işlem özellikleri ... 22

Çizelge 3.4. MTJNR 2525 M1604 model takım tutucu ölçüleri ... 30

Çizelge 3.5. Lokesh T-250 CNC torna tezgâhı teknik özellikleri. ... 33

Çizelge 3.6. Deneylerde kullanılan kesme parametreleri. ... 36

Çizelge 3.7. PCB Piezotronics 608A11 ivme ölçer teknik özellikleri ... 37

Çizelge 4.1. AISI 4340 çeliği sertlik ölçüm bulguları. ... 42

Çizelge 4.2. 20 HRc numunede en yüksek titreşim genliği bulguları. ... 43

Çizelge 4.3. 20 HRc numunede ikinci en yüksek titreşim genliği bulguları. ... 44

Çizelge 4.8. 20 HRc numune yüzey pürüzlülüğü bulguları. ... 57

(10)

KISALTMALAR

ANOVA Varyans Analizi a Kesme Derinliği

AISI American Iron and Steel Instute (Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü) CNC Computer Numeric Control (Bilgisayarlı Sayısal Kontrol)

CVD Chemical Vapor Deposition (Kimyasal Buhar Biriktirme) DAQ Data Aqusition Unit (Veri Toplama Ünitesi)

f Devirde milimetre cinsinden ilerleme (mm/devir) Gpa Giga Pascal

HSS High Speed Steel (Yüksek Hız Çeliği) kW KiloWatt

MPa Mega Pascal

HRc Hardness Rockwell (Rockwell-C Sertliği) N Devir Sayısı (devir/dakika)

PVD Physical Vapor Deposition (Fiziksel Buhar Biriktirme) RPM Revulotion Per Minute (Dakikadaki Dönme Sayısı)

RSM Response Surface Methodology (Tepki Yüzeyi Metodolojisi) SEM Scanning Electron Microscope (Taramalı Elektron Mikroskobu) V Kesme Hızı (metre / dakika)

(11)

SİMGELER

Al Alüminyum

AlN Alüminyum nitrür

Al₂O₃ Alüminyum oksit

C Karbon

CBN Kübik bor nitrür

Co Kobalt Cr Krom Fe Demir m Metre mm Milimetre Mn Mangan Mo Molibden N Azot Na Sodyum Ni Nikel P Fosfor

Ra Ortalama yüzey pürüzlülük değeri (µm) Rmax. En büyük pürüzlülük değeri (µm)

Rt Pürüzlülük yüksekliği (µm)

Rz Ardışık beş Rt ortalama değeri (µm)

S Kükürt

Si Silisyum

SiC Silisyum karbür

Ti Titanyum

TiAlN Titanyum alüminyum nitrür

TiC Titanyum karbür

TiCN Titanyum karbonitrür

TiN Titanyum nitrür

V Vanadyum

W Volfram

°C Sıcaklık (Santigrat derece)

μm Mikrometre

(12)

ÖZET

CNC TORNA TEZGÂHINDA ISLAH ÇELİKLERİNİN

İŞLENMESİNDE TİTREŞİM VE YÜZEY PÜRÜZLÜĞÜNÜN

DENEYSEL ANALİZİ

Mustafa DEMİRTAŞ Düzce Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü, İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Menderes KAM Ağustos 2020, 93 sayfa

Islah çelikleri, iyi sertleşebilmeleri, yüksek mukavemet, yüksek tokluk özellikleri nedeniyle otomotiv, uçak, imalat sanayide yüksek yüklere maruz kalan yapı parçalarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sertleştirilmiş ıslah çeliklerinin işlenmesinde optimum tornalama ve kesme parametrelerinin seçilmesi durumunda silindirik taşlama tezgâhında elde edilebilen yüzey kalitesine ulaşılabilir. Bu deneysel çalışmada, ısıl işlemsiz, geleneksel ısıl işlemli ve geleneksel ısıl işlem sonrası temperleme işlemi uygulanmış AISI 4340 ıslah çeliği numunelerin (20, 46 ve 53 HRc) CNC Torna tezgâhında seramik kesici takımlar kullanılarak tornalanması esnasında titreşim ve yüzey pürüzlülüğü analiz edilmiştir. Yapılan ön deneyler neticesinde uygun kesme parametreleri belirlenmiş; dört farklı kesme hızı (140, 180, 220 ve 260 m/dak), üç farklı ilerleme (0,08, 0,14 ve 0,20 mm/dev), sabit kesme derinliği (0,3 mm) ve kuru kesme şartlarında deneyler yapılmıştır. Deneylerde yüzey pürüzlülüğü ve çevrimiçi olarak üç eksen titreşim genliği değerleri ölçülmüştür. Çalışma sonucunda yüzey pürüzlüğü ve titreşimi etkileyen en önemli kesme parametresinin ilerleme olduğu gözlenmiştir. Geleneksel ısıl işlem sonrası temperleme işlemi uygulanmış 46 HRc sertliğe sahip numunede titreşim ve yüzey pürüzlülüğü değerlerinin diğer numunelere göre daha düşük olduğu görülmüştür.

Anahtar sözcükler: AISI 4340 çeliği, Tornalama, Yüzey pürüzlülüğü, Titreşim, Seramik

(13)

ABSTRACT

EXPERIMENTAL ANALYSIS OF VIBRATION AND SURFACE

ROUGHNESS IN THE TURNING OF TEMPERED STEEL IN CNC

LATHE MACHINE

Mustafa DEMİRTAŞ Düzce University

Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Manufacturing Engineering

Master’s Thesis

Supervisor: Assis. Prof. Menderes KAM August 2020,93 pages

Tempered steels are widely used in the automotive, aircraft and manufacturing industries for the production of components that are exposed to excessive loads due to their good hardness, high strength and toughness properties. If the optimum cutting parameters in the turning process of the tempered steels are chosen, the surface quality obtained in the cylindrical grinding machine can be achieved. In this experimental study; The vibration and surface roughness analyzed that occurred during lathe, using ceramic cutting tools on a CNC lathe for AISI 4340 tempered steels (20, 46 and 53 HRc), which have been treated, conventional heat treated and tempered after conventional heat treatment, respectively. As a result of the preliminary tests, appropriate cutting parameters were determined and experiments were carried out under conditions of four different cutting speeds (140, 180, 220 and 260 m/min), three different feed rate (0,08, 0,14 and 0,20 mm/rev), constant cutting depth (0,3 mm) and dry cutting conditions. In the experiments, surface roughness and three axis vibration amplitude values were measured as online. As a result of the study, it was observed that the most important cutting parameter affecting the surface roughness and vibration amplitude was progress. It was observed that the values of vibration amplitude and surface roughness were lower in the 46 HRc hardened sample where the tempering process was applied after the conventional heat treatment.

(14)

1. GİRİŞ

Küreselleşen dünyada, hızla artış gösteren rekabet ortamında endüstriyel işletmeler ürünlerini yüksek kalitede, kısa süreli teslim sürelerinde ve düşük maliyette üretmek istemektedir. Kaliteli ürünler, imalat endüstrisinin vazgeçilmez bir unsuru olmuştur. İmalat sanayinin temelini metallerin talaş kaldırarak işlenmesi oluşturur. Talaşlı üretim faaliyetleri genel olarak; talaş kaldırma yöntemleri, kesme parametreleri, işlenen malzemeler ve takım tezgâhlarından oluşmaktadır. Bu faktörler arasındaki uyum, çıktıları direkt olarak etkilemektedir. Bunlar arasında en uygun seçim yapılsa bile, ürün kalitesini artırmak ve maliyetleri düşürmeye yönelik olarak yeni parametrelerin elde edilebilmesi hususu her zaman zihinleri meşgul etmiştir [1].

Talaşlı üretim işlemlerinde, işlenen parçanın yüzey kalitesi, kesme işlemine katılan takımların; kesme geometrisi, kesme koşulları, talaş kaldırılan malzemenin işlenebilme özelliği, malzeme sertliği, kullanılan takım tezgâhları vb. gibi tüm faktörlerin birbirleri ile olan ilişkileri ve bu faktörlerin sonuçlara olan etkilerinin göz önünde bulundurulması gerekir [2].

Bu değişkenlerden biri veya birkaçının değişmesi sonucunda yüzey pürüzlülüğünde de değişim meydana gelmektedir. İmalat sanayinde kalitenin yükseltilmesi ve maliyetlerin azaltılması için yüzey kalitesinin teknik resimlerde istenilen toleranslarda olması gerekir. Talaşlı üretim yapılan parçanın daha önceden belirlenen ölçü ve yüzey pürüzlülüğünde olmaması durumunda parçanın hurdaya dönüşümü kaçınılmazdır. Bu durum işçilik, enerji sarfiyatı ve kesici maliyetleri vb. giderlerin artışına neden olur. Motivasyon, performans ve zaman kayıpları oluşturur. Aynı şekilde üretimi yapılan parçanın hedeflenen yüzey kalitesinden fazla olması da istenmemektedir. Yüzey kalitesi arttıkça parçayı üretmek için ihtiyaç duyulan enerji ve zamandaki artış nedeniyle talaşlı üretim maliyetlerinde artış meydana gelmektedir.

Talaşlı imalat yöntemlerinin hepsinde işlenen iş parçasının yüzey kalitesi önemli bir göstergedir. Bu nedenle yüzey kalitesini olumsuz etkileyen kesme parametreleri ve titreşimlerin tespit edilmesi son derece önemlidir. Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörlerden biri titreşimdir. Talaşlı üretimde titreşim seviyesini belirlemek önemlidir.

(15)

Takım tezgâhlarının mekanik aksamlarından (motor, dişli kutusu, kızak kayıt sitemleri vb.) ve takımla iş parçası yüzeyindeki fiziksel temas esnasında meydana gelen titreşimler işleme performansını ve yüzey kalitesini olumsuz etkilemektedir [3]. Ayrıca yapılan çalışmalar sonucunda oluşan takım titreşimleri işlenen parçanın ölçü tamlığına, kesici takım ömrüne ve takım tezgâhlarına önemli ölçüde zarar vermektedir. Parça başına üretim maliyetleri ve enerji tüketiminin artışına neden olur. Bu nedenle optimum kesme parametreleri seçilerek takımlarda oluşan titreşim değerleri azaltılabilir [4].

Islah çelikleri yapılarındaki karbon oranı nedeniyle ısıl işlemlerde iyi bir sertleştirme oranına sahiptir. Ayrıca ıslah edilebilme özelliği ile ağır yükler altında mukavemet göstererek yüksek tokluk özelliği göstermektedir [5]. Düşük tolerans gerektiren dişliler, şaftlar ve kamlarla birlikte otomobil ve havacılık sektöründe kritik parçaların üretiminde kullanılır [6].

Üretimi esnasında bu tür kritik parçaların yüksek dayanım ve mukavemet gibi fiziksel nitelikleri taşıması gereklidir. Parçalarda talaşlı üretim ve ısıl işlem sonucu istenilmeyen çarpılmalar gibi kusurlar meydana gelebilir. Bu nedenle ısıl işlemden sonra parçalarının tornalanması için bir miktar talaş miktarı bırakılır [7]. Bu sertleştirilmiş parçalar kuru tornalama yapılarak silindirik taşlama kalitesinde yüzey pürüzlülüğü elde edilebilir [8]. Takım tezgâhlarının yıllar içindeki değişimleri göz önüne alındığında takım tezgâhları ile günümüzde daha rijit talaş kaldırma sağlanmaktadır. Kesici takım açısından yüksek kesme hızlarında ve yüksek sertliklerde çalışabilen kesici takımlar günümüzde rahatlıkla üretilmekte ve gelecekte kesici takım özelliklerinin daha fazla gelişebilecekleri kolaylıkla tahmin edilebilmektedir. Takım tezgâhlarındaki teknolojik gelişmeler ve kesici takımlardaki teknik iyileştirmeler düşünüldüğünde kuru tornalamanın silindirik taşlamaya alternatif bir üretim yöntemi olduğu açıkça görülmektedir [9].

Yüksek sertlikteki parçalarda tornalama işlemi yapmak için seramik kesici takımlar kullanılmıştır. Seramik kesici takımlar yüksek kesme hızları, yüksek malzeme sertlikleri ve optimum kesme parametreleri ile yapılan tornalama sonucu en düşük yüzey pürüzlülük değerlerinin elde edildiği iyi bir kesici takımdır. Seramik kesici takımlar, yüksek kesme hızları, kullanım kolaylığı ve birim maliyetleri azaltması sebebiyle günümüzde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Seramik kesici takımlar sertleştirilmiş çeliklerin ve alaşımlarının talaşlı üretim ile kesme parametrelerinin optimizasyonu araştırma makalelerine ve deneysel çalışmalara konu olmuştur.

(16)

Bu çalışmada imalat sanayinin birçok alanında (otomotiv, hava-uzay sanayi, makine elemanları üretimi vb.) yaygın olarak kullanılan AISI 4340 çeliği geleneksel ısıl işlem ve temperleme işlemine tabi tutulmuş 20, 46 ve 53 HRc sertliğine getirilmiştir. Yüksek kesme hızlarında ve yüksek malzeme sertliklerinde çalışabilen seramik kesici takımlar kullanılarak, kuru kesme şartlarında CNC torna tezgâhında deneysel çalışma yapılmıştır. Yapılan ön deneyler neticesinde; dört farklı kesme hızı (140, 180, 220 ve 260 m/dak), üç farklı ilerleme (0,08, 0,14 ve 0,20 mm/dev) ve sabit kesme derinliği (0,3 mm) optimum kesme parametreleri olarak belirlenmiştir. Farklı sertliklere sahip olan üç numune için toplam otuz altı adet deney gerçekleştirilmiştir. Deneylerde yüzey pürüzlülüğü (Ra) ve çevrimiçi olarak üç doğrultuda (X-Ch1, Y-Ch2 ve Z-Ch3) titreşim genliği değerleri ölçülmüş ve analiz yapılmıştır.

(17)

2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI

Literatürde ıslah çeliklerinin tornalanmasında kesme parametrelerinin optimizasyonu ve kesici takımda meydana gelen titreşimlerin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini inceleyen birçok araştırma bulunmaktadır. Bu deneysel çalışmaların bazılarının özetleri verilmiştir. Özçatalbaş [10] ısıl işlemlerin AISI 4140 ıslah çelikleri üzerindeki işlenebilirlik etkilerini araştırmak için bir takım deneyler yapmıştır. Farklı ısıl işlemler uygulanmış AISI 4140 çeliğinin düşük kesme hızlarında tornalanması sonucunda, yüzey pürüzlülük değerlerinin arttığını gözlemlemiştir. Artan kesme hızları ile yüzey pürüzlülüğü azalmıştır. Fakat kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi düşük ilerleme değerlerinde etkili iken ilerleme değerinin artması ile kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne olan etkisinin azaldığını görmüştür.

Abouelatta ve Madl [11] yapmış olduğu çalışmada matematiksel model kullanarak yüzey pürüzlülüğü tahmini yapmışlardır. Radyal yöndeki titreşim değerlerinin ve kesme parametrelerinin birbiri ile etkilemesi ile ilgili dört farklı matematiksel model oluşturmuşlardır. Deneyler neticesinde elde ettiği sonuçlara göre, yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörler arasında sadece kesme parametrelerinin olmadığı, titreşimlerinde yüzey pürüzlülüğüne zarar verdiğini ortaya çıkarmıştır

Chnag [12] yapmış olduğu deneysel çalışmada, titreşim genliğinin ve frekansının etkili bir şekilde takım aşınmasını ve yüzey pürüzlülüğünü olumsuz etkilediğini kanıtlamıştır. Çoğun ve Özses [13] AISI 4140, AISI 5140 ve St37 çeliklerinin değişen sertliklerinin ve mekanik özelliklerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. İlerlemenin yüzey pürüzlülüğünü etkileyen en önemli kesme parametresi olduğunu gözlemlemiştir. İlerleme arttıkça yüzey pürüzlülüğünün arttığını, kesme hızının artması ile yüzey pürüzlülüğünün azaldığını fakat kesme hızının artması ile takım aşınmasının da arttığını kanıtlamıştır.. Kılıçlı ve ark. [14] AISI 4140 çeliğine farklı ısıl işlemler (tam tavlama, su verme + temperleme ve küreselleştirme) uygulayarak yüzey pürüzlüğü ve talaş atılabilirlik açısından deneyler yapmıştır. Deneyler kuru kesme şartları altında yapılmış olup, üç farklı kesme hızı (110, 145 ve 180 m/dak), üç farklı ilerleme (0,10, 0,16 ve 0,25 mm/dev) ve sabit talaş derinliği (1 mm) kesme parametresi olarak belirlemişlerdir. Sonuçlarda, farklı

(18)

ısıl işlem numunelerinde ilerleme arttıkça ortalama yüzey pürüzlülüğünün arttığını görmüşlerdir. Numunelere uygulanan ısıl işlem farklılıkların yüzey pürüzlülüğüne etkisi, yüksek kesme hızlarında (145 ve 180 m/dak) ve yüksek ilerlemede (0,25 mm/dev) çok belirgin iken düşük kesme hızlarında (110 m/dak) ve düşük ilerlemede (0,10, 0,16 mm/dev) daha az etkilidir. Düşük ilerlemede (0,10, 0,16 mm/dev) kesme hızının yükseltilmesi yüzey pürüzlülüğüne daha çok tesirli iken, yüksek ilerlemede (0,25 mm/dev) kesme hızının etkisi azalmıştır.

Motorcu ve Şahin [15] ısıl işlem uygulanmış AISI 1040 çeliğinin (56 HRc) seramik kesici takımlar ile kuru kesme şartlarında tornalanması esnasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerini araştırmıştır. En uygun kesme parametreleri tespit etmek için, harcanan zaman ve malzemeyi en aza düşürmek amacıyla Taguchi metodu kullanmışlardır. Sonuçlarda yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili parametrenin sırasıyla uç yarıçapı ve ilerleme olduğu görmüşlerdir.

Çaydaş ve Hasçalık [16] yapmış olduğu çalışmada, AISI 4340 çeliğini farklı işleme koşullarında tornalama ve taşlama deneyleri yaparak numunelerde oluşan yüzey pürüzlülüğünü ölçmüştür. Tornalama ve taşlama deneylerinde talaş derinliğinin ve ilerlemenin artmasıyla yüzey pürüzlülüğün bozulduğunu tespit etmişlerdir.

Yallese ve ark. [17] yaptığı çalışmada, X200Cr12 çeliğinin (60 HRc) seramik ve CBN kesici takımlarla işlenmesi sonucunda kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına etkilerini gözlemlemişlerdir. Seramik kesici takımlarla, CBN kesici takımlara göre daha düşük takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü elde ettiklerini görmüşlerdir.

Habalı ve ark. [18] AISI 1040 çeliğini üniversal torna tezgâhında PVD (Fiziksel Buhar Biriktirme) yöntemiyle elde edilmiş Al2O3 kaplı sementit karbür ve CVD (Kimyasal

Buhar Biriktirme) yöntemiyle elde edilmiş TiN+Al2O3+TiC (en üstte TiN) kaplı sementit

karbür kesici takımlar ile tornalama işlemine tabi tutmuşlardır. Deneylerde kesme derinliğini sabit tutarak (2,5 mm) beş farklı kesme hızı (58, 83, 116, 163 ve 225 m/dak) ve iki farklı ilerleme (0,24, 0,32 mm/dev) kesme parametrelerini kullanmışlardır. İlerleme, kesme hızı ve kesici takım kaplamasının yüzey pürüzlülüğüne olan etkisi varyans analizi (ANOVA) uygulayarak gözlemişlerdir. Yapılan deney sonuçlarında, yüzey pürüzlülüğünün en iyi olduğu kesici takımın kaplama malzemesine göre CVD ile TiN kaplı olan kesici takımın olduğu gözlenmiştir. Literatürde elde edilen önceki

(19)

çalışmaların tekrarı niteliğinde olan kesme hızının arttırılması yüzey pürüzlülüğünü azaldığını, ilerlemenin artması ile bozulduğunu bildirmişlerdir.

Aslan ve ark. [19] Al2O3 +TiCN kaplamalı seramik kesici takım kullanarak sertleştirilmiş

AISI 4140 (63 HRc) çeliğini tornalamak için gerekli olan kesme parametrelerini en uygun duruma getirmek amacıyla deneysel çalışma gerçekleştirmiştir. Yüksek sertlikleri ve aşınmaya karşı gösterdikleri dirençleri nedeniyle seramik kesici takımların bu deneyde kullanıldıklarını belirterek zamandan ve maliyetten tasarruf etmek için Taguchi yöntemini kullanmıştır. Deneylerde kullanılan kesme parametreleri, kesme hızı (100, 175 ve 250 m/dak), ilerleme (0,05, 0,10 ve 0,20 mm/dev) ve kesme derinliği (0,25, 0,50 ve 1 mm) olacak şekilde seçilmiştir. Performans ölçütleri olarak yüzey pürüzlülüğü ve yan yüzey aşınması olarak belirlenmiştir. ANOVA kullanılarak sonuçlar analiz edilmiştir. Ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin; ilerleme ile doğru orantılı şekilde değiştiğini, talaş derinliği arttıkça düşük ilerlemede azaldığı ancak, yüksek ilerlemede ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinin arttığını bildirmiştir. Ayrıca kesici takımda yan yüzey aşınması ile ilgili olarak, kesme hızı ile ters orantılı olacak şekilde değiştiğini gözlemiştir.

Tekaslan ve ark. [20] CNC torna tezgâhında AISI 304 paslanmaz çeliklerinin tornalanması için gerekli olan kesme parametrelerinin seçilmesi ile optimum yüzey pürüzlülüğü elde etmek için deneyler yapmıştır. Deneylerde kullanılan AISI 304 çelikleri 61 mm çapında ve 250 mm boyunda olup kullanılan kesme parametreleri; beş farklı kesme hızında (50, 75, 100, 125 ve 150 m/dak), üç farklı ilerlemede (0,15, 0,20 ve 0,25 mm/dev) ve iki farklı kesme derinliğinde (1,5 ve 2mm) seçilmiştir. Deney sonuçlarını analiz ettiklerinde, en düşük yüzey pürüzlülüğünü 75 m/dak kesme hızında, 0,15 mm/dev ilerlemede ve 1,5 mm kesme derinliğinde elde etmiştir. İlerlemenin artması, yüzey pürüzlülüğünü artırmıştır. Yapılan deneylerde düşük (50 m/dak) ve yüksek kesme hızlarında (150 m/dak) yüzey pürüzlülük değerleri çok kötü sonuçlar verdiğinden yüksek kesme hızlarında yüzey kalitesinin bozulmasının nedeni olarak; yüksek kesme hızlarında titreşimin artması ve talaş sıvanması oluşması nedeniyle kesici takımda aşınma gibi sebepler olabileceğini bildirmiştir.

Derakhshan ve Akbari [21] farklı sertliklerde (45, 50, 55, 60 ve 65) AISI 4140 çeliğinin iki farklı CBN takım ile kuru tornalanması esnasında kesme hızının ve farklı malzeme sertliklerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. En iyi yüzey pürüzlülük değeri, 1800 rpm devirde 50 HRc sertlikteki iş parçasında 0,167 µm olarak ölçülmüştür. Sonuçlarda kesme hızının yüzey pürüzlülüğü üzerinde önemli bir etki gösterdiğini ve

(20)

kuru tornalama işlemi sonucunda oluşan yüzey pürüzlülük değerleri taşlama işlemi ile oluşan değerlere yakın olduğunu bildirmiştir.

Zeyveli ve Demir [22] sıcak iş takım çeliklerinden olan ve endüstriyel kalıpçılıkta yüksek tokluk, yüksek sıcak mukavemet, yüksek sıcak sertlik, iyi işlenebilirlik ve ısıl işlem sonrası boyutsal kararlılık gibi özellikleri nedeniyle kullanılan AISI H13 çeliğinin kuru olarak tornalanmasında ilerleme ile kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkilerini deneysel olarak incelemiştir. CNC torna tezgâhında, CVD yöntemiyle elde edilmiş Al2O3+TiCN+TiC kaplaması olan sementit karbür kesici takım kullanılmıştır. Kesme

parametreleri olarak; altı farklı kesme hızı (70, 100, 130, 160, 190 ve 220 m/dak), üç farklı ilerleme (0,05, 0,10 ve 0,15 mm/dev) ve sabit kesme hızı (1 mm) belirlenmiştir. Deney sonuçlarını analiz ettiklerinde, bütün kesme hızlarında ilerlemenin artması ile ortalama yüzey pürüzlülük değerleri (Ra) yükselmiştir. En düşük ortalama yüzey pürüzlülük değeri, 130 m/dak kesme hızında ve 0,05 mm/dev ilerlemede 0,535 µm olarak ölçülmüştür. Deney sonuçları ayrıntılı incelendiğinde, yüzey pürüzlülüğü değerleri kesme hızının artması ile azalmıştır. Bunun sebebini ise, tornalama esnasında kesici takımın ucunda oluşan talaş yığılması ile açıklanmıştır. Talaş yığılması, düşük kesme hızlarında kesici takım ucunda talaşın basınç ile kaynaşması sonucu oluşur, kesme hızı arttırıldığı zaman bu oluşumun azalması beklenmektedir.

Chavoshi ve Tajdari [23] AISI 4140 çeliğini CBN kesici takımlar ile kuru tornalama (HT) yaparak iş parçası sertliğinin ve kesme hızının, yüzey pürüzlülüğü üzerine etkilerini araştırmıştır. Talaş derinliği ile ilerleme değiştirilmeden 18 adet deney gerçekleştirilmiş olup, yapılan deney sonuçlarına göre, iş parçasının farklı sertlik değerleri yüzey pürüzlülüğü üzerine önemli bir etki ettiği görülmüştür.

Aouici ve ark. [24] AISI 4340 çeliğin tornalanmasında kesme kuvvet bileşenleri ve yüzey pürüzlülük analizi üzerine yapılan çalışmada en düşük yüzey pürüzlülüğü düşük ilerleme ve yüksek kesme hızında olduğunu görmüştür.

Kavak ve Üstel [25] AISI 1040 çeliğinin tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. Deneyler sabit kesme derinliğinde (2mm), üç farklı kesme hızı (46, 91 ve128 m/dak) ve üç farklı ilerleme (0,16, 0,22 ve 0,28 mm/dak.) parametreleri seçilerek gerçekleştirmişlerdir. Deneylerde kaplamasız sementit karbür kesici takım kullanarak kesme sıvısı kullanmadan tornalama işlemi yapmışlardır. Sonuçlar değerlendirildiğinde ilerleme azaldıkça ve kesme hızı arttıkça yüzey pürüzlülük

(21)

değerinin azaldığını görmüşlerdir.

Suresh ve ark. [26] sertleştirilmiş AISI 4340 (48 HRc) ıslah çeliklerinin çok katmanlı karbür kesici takımlar ile kuru tornalama şartlarında tornalanması ile kesme parametrelerinin (kesme hızı, ilerleme, kesme derinliği, kesme kuvvetleri, tezgâh gücü, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü) birbirleriyle olan ilişkilerini araştırmıştır. Deneyler CNC torna tezgâhında CVD metodu ile TiC+TiCN+Al2O3 katmanlı karbür kesici takım

ile üç farklı kesme hızı (140, 200 ve 260 m/dak), ilerleme (0,10, 0,18 ve 0,26 mm/dev) ve kesme derinliği (0,6, 0,8 ve 1 mm) seçerek yapmıştır. Sonuçlarda, kesme kuvvetleri üzerinde en fazla etkisi olan parametre ilerlemedir (%53,38). Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörlerin ilerleme (%83,79), kesme hızı (%10,08) ve kesme derinliği (%3,99) olduğunu görmüşlerdir. Ortalama yüzey pürüzlülük değerleri incelendiğinde yüksek kesme hızında (260 m/dak) ve düşük ilerlemede (0,10 mm/dev) ortalama yüzey pürüzlülüğünün (Ra=0,30 µm) en düşük seviyede olduğunu görmüşlerdir.

Chinchanikar ve Choudhury [27] yapmış oldukları deneysel çalışmada AISI 4340 çeliğinin farklı sertlik seviyelerinde sertleştirilmesi sonucu tornalama işlemi esnasında kesme parametrelerinin, kesme kuvvetlerine, yüzey pürüzlülüğüne ve takım ömrüne etkilerini araştırmıştır. Deney sonuçlarına göre kesme kuvvetini en çok etkileyen parametrelerin kesme derinliği ve ilerleme olduğunu gözlemlemişlerdir. Yüzey pürüzlülüğüne etkisi olan başlıca parametrelerin kesme hızı, ilerleme ve kesme derinliği olduğunu tespit etmişlerdir. Çalışmalar sonucunda optimum kesme şartlarında düşük ilerleme, kesme derinliği kullanılarak ve kesme hızının 144 ve 235 m/dak ile sınırlandırılması ile 35 ve 45 HRc sertlikte AISI 4340 çeliğinin tornalanmasında minimum kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve daha iyi takım ömrü sağladığını görmüşlerdir.

Hessainia ve ark. [28].AISI 4140 (42CrMo4) ıslah çeliğini Al2O3 + TiC karışık seramik

kesici takım ile kuru tornalaması esnasında kesme parametrelerinin ve takım titreşimlerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisini incelemiştir. Kesme derinliği, ilerleme, kesme hızı, radyal ve takım kesme yönlerinde takım titreşimi gibi kesme parametrelerini dikkate almıştır. ANOVA kullanarak kesme parametrelerinin ve takım titreşimlerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini tahmin etmiştir. Elde ettikleri verileri RSM (Respond Surface Methodology) yöntemini kullanarak modelleyerek yüzey pürüzlülüğü üzerinde en yüksek etkinin kesme hızı ve ilerleme olduğunu görmüştür. Yapılan deneylerde optimum kesme parametreleri ve titreşimlerle mükemmel yüzey pürüzlülüğü elde

(22)

edilebileceği belirtilmiştir

Karayel ve Nalbant [29] deneysel çalışmada AISI 4140 çeliğini CNC torna tezgâhında işleyerek kesme parametrelerinin takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerini incelemiştir. Deneylerin uygulandığı parametreler sırası ile beş farklı kesme hızı (150, 200, 250, 300 ve 350 m/dak), üç farklı ilerleme (0,15, 0,25 ve 0,35 mm/dev) ve 2 mm sabit talaş derinliği olarak belirlenmiştir. Sonuçlarda, ilerleme hızının arttırılması ile yüzey pürüzlülüğünde artış meydana geldiği görülmüştür. Diğer bir kesme parametresi olan kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelendiğinde ise ilerleme hızına göre daha az etkilendiği bildirilmiştir.

Srithar ve ark. [30] yapmış olduğu deneysel çalışmada sertleştirilmiş AISI D2 (66 HRc) soğuk iş takım çeliklerinin kaplamalı karbür kesiciler ile kuru tornalama işlemi yapılması ile optimum kesme parametrelerinin tespiti ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. Kesme parametreleri olarak, üç farklı kesme hızı (135, 215 ve 325 m/dak), ilerleme (0,05, 0,10 ve 0,15 mm/dev) ve kesme derinliği (0,2, 0,4 ve 0,6 mm) belirlemiştir. Sonuçlar analiz edildiğinde, sertleştirilmiş AISI D2 çeliklerinde kesme hızı arttıkça ortalama yüzey pürüzlülüğü azalmıştır. İlerlemenin ve kesme derinliğinin kademeli arttırılması sonucu yüzey pürüzlülük değerleri artmıştır. Araştırmacılar yüzey pürüzlülüğünü kontrol eden parametrenin ilerleme olduğunu bildirmiştir.

Kahraman [31] gerçekleştirmiş olduğu deneysel çalışmada, CBN kesici takım ile sertleştirilmiş AISI 4340 ıslah çeliğini kuru tornalama yöntemiyle talaş kaldırma işlemine tabi tutmuş ve belirlenen kesme parametrelerinin kesici takımda meydana getirdiği takım aşınmasını araştırmıştır. Online izleme yöntemini kullanarak deneyi sonlandırmadan takım aşınmasını ölçmüştür. Deneylerde kullanılan parametreler ise, iki farklı kesme hızı (280 ve 250 m/dak), üç farklı ilerleme (0,04, 0,08 ve 0,12mm/dev) ve sabit talaş derinliği (0,2 mm) seçilmiştir. Elde edilen en iyi sonuç, yüzey kalitesi ve takım ömrü açısından en düşük ilerleme hızında ortaya çıkmıştır.

Das ve ark. [32] sertleştirilmiş AISI 4140 çeliğini kaplamalı seramik kesici takımlar kullanarak kuru tornalama yapmış ve yüzey pürüzlülüğünü ve kesici takım aşınmasını incelemiştir. Isıl işlem sonucu 52 HRc sertliğe çıkarılmış AISI 4140 ıslah çeliği PVD-TiN kaplamalı karbür kesici takım ve Al2O3 + TiCN kaplama seramik kesici takım

kullanılarak yaptığı deneyler sonucunda yüzey pürüzlülüğüne etki eden birinci parametrenin ilerleme olduğu, sonrasında ise kesme hızı olduğunu belirlemiştir.

(23)

Karabatak ve Kara [7] AISI D2 soğuk iş takım çeliklerinin tornalanması sonucu kesme parametrelerin yüzey pürüzlülüğüne etkisini araştırmıştır. Yapmış oldukları araştırmada üç farklı kesme hızı (50, 100 ve 150 m/dak), üç farklı ilerleme hızı (0,08, 0,16 ve 0,24 mm/dev) ve üç farklı talaş derinliği (0,25, 0,50 ve 0,75 mm) değerlerini kesme parametresi olarak belirlemiştir. Deneyler sonucu en düşük yüzey pürüzlülüğünü 0,280 µm olarak belirlemişlerdir. Bu yüzey pürüzlülüğü değerini 100 m/dak kesme hızında, 0,08 mm/dev ilerlemede ve 0,25 mm talaş derinliğinde elde etmişlerdir. Yüzey pürüzlülüğü üzerindeki en etkili parametrenin ANOVA sonuçlarına göre kesme hızı olduğu (%77,88) sonucuna ulaşmışlardır.

Çakan ve Özocakçıoğlu [33] yapmış olduğu deneysel çalışmada ısıl işleme tabi tutulmuş ve sertleştirilmiş AISI 4140 (52 HRc) çeliğini, PVD-TiN kaplamalı kesici takım ile tornalayıp kesici takımda meydana gelen aşınmaları araştırmıştır. Deneyler CNC torna tezgâhında üç farklı ilerleme (0,04, 0,08 ve 0,12), iki farklı kesme hızı (150 ve 180 m/dak) ve sabit talaş derinliği (0,2 mm) kuru kesme şartlarında gerçekleştirmiştir. Verilerin yorumlanması için ANOVA kullanmıştır. Düşük ilerleme hızlarında kesici takımda meydana gelen aşınmaların daha az olduğunu görmüşlerdir.

Rashid ve ark. [6] CBN kesici takımlar kullanarak sertleştirilmiş (69 HRc) AISI 4340 çeliğini kuru tornalama ile Taguchi L9 ortogonal dizisi kullanarak deneylerine tabi tutup

ANOVA kullanarak kesme parametrelerinin takım aşınmasına ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. % 99,16 oran ile yüzey pürüzlülüğüne tornalamadaki ilerleme hızının etki ettiğini ancak, düşük ilerleme hızlarında ise takım aşınmasının fazla olması nedeniyle kesme parametrelerin de optimum seçim yapılıp maliyet ve yüzey kalitesi ile bir denge ile kurulması gerektiğini bildirmiştir.

Akgün ve ark. [34] AISI 1040 ve AISI 1050 imalat çeliklerini CNC torna tezgâhında kesme sıvısı kullanılmadan tornalama işlemi gerçekleştirerek farklı kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerine etkilerini araştırmıştır. Deneyler Taguchi’nin L18 dikey dizinine göre üç farklı seviye seçilerek yapılmıştır. Kesme parametreleri, kesme

hızı (150, 210 ve 270 m/dak), ilerleme (0,04, 0,08 ve 0,12 mm/dev) ve talaş miktarı (0,5, 1 ve 1,5 mm) olarak belirlenmiştir. Talaş derinliği, ilerleme ve kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkilerini analiz etmek için ANOVA kullanmıştır. Deney sonuçları değerlendirildiğinde; ilerleme %52,19 oran ile yüzey pürüzlülüğüne en çok etki eden parametre olmuştur. AISI 1040 ve AISI 1050 imalat çeliklerinin tornalanmasında kesme hızı arttıkça yüzey kalitesi artmaktadır. Ayrıca ilerlemenin artmasıyla yüzey kalitesi

(24)

bozulmuştur. Malzemeler arasındaki sertlik farklılıklarının yüzey kalitesine etkilerini incelemiştir. AISI 1050 imalat çeliğindeki karbon oranının fazla olması ve buna bağlı olarak sertliğin artması yüzey kalitesine olumlu etkisi olmuştur. En düşük yüzey pürüzlülük değeri 0,387 µm olarak ölçülmüştür. Bu değeri sağlayan kesme parametreleri 270 m/dak kesme hızı, 0,04 mm/dev ilerleme ve 1,5 mm talaş derinliğidir.

Akkuş ve ark. [35] 46 HRc sertlikteki AISI 1040 çeliğini kesme sıvısı kullanmadan CNC tezgâhında silindirik tornalama yaparak kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini istatistiksel olarak incelemiştir. Deneylerde kesme parametreleri kesme hızı (200, 225, 250 ve 275 m/dak), ilerleme (0,15, 0,25, 0,35 ve 0,45 mm/dak) ve talaş derinliği (1,5, 2,5, 3,5 ve 4,5 mm) olarak dört farklı seviyede belirlemişlerdir. İstatistiksel metotlardan biri olan Taguchi kullanılarak L16 dizilimi elde edilmiştir. Zamandan ve

maliyetten tasarruf için 64 deney yerine Taguchi yöntemi kullanılarak 16 deney gerçekleştirmişlerdir. Sonuçlar, ANOVA incelenerek kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki ilişkisi belirlenmiş olup, Rt değerine sırasıyla ilerleme, kesme derinliği, kesme hızının %95 güven düzeyinde etki ettikleri ve yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen kesme parametresinin ise ilerleme olduğu bildirilmiştir.

Kara ve ark. [36] yapmış olduğu deneysel çalışmada AISI 4140 (30-32 HRc) çeliğinin tornalanması esnasında kesme parametrelerinin titreşime ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemiştir. Zamandan ve maliyetten tasarruf için Taguchi metodu kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan kesici takım CVD (MT-TiCN+TiC+Al2O3)

kaplamalı karbür olarak seçilmiştir. Kesme parametreleri, kesme hızı (100, 150, 200 ve 250 m/dak), ilerleme (0,05, 0,10, 0,15 ve 0,20 mm/dev) ve talaş miktarı (0,25, 0,50, 0,75 ve 1mm) olacak şekilde belirlenmiştir. Performans ölçütleri ise yüzey pürüzlülüğü (Ra) ve titreşim genliği (gRMS) olarak belirlenmiştir. ANOVA kullanılarak kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve titreşim üzerine etkileri test edilmiştir. Sonuçlarda, en düşük yüzey pürüzlülüğü 250 m/dak kesme hızında, 0,05 mm/dev ilerlemede ve 0,25 mm talaş derinliği değerlerinde bulmuşlardır. ANOVA sonuçlarına göre, ilerleme hızı %92,63 ile yüzey pürüzlülüğü üzerindeki en etkili kesme parametresidir. Kesme hızı %2,08 ve talaş derinliği %1,37 oranında yüzey pürüzlüğüne etki etmiştir. Titreşim üzerindeki en etkili parametre %88,96 oran ile tekrar ilerleme olmuştur.

Yardımeden ve Turan [37] çalışmalarında, AISI 1040 çeliğinin kesme hızı (87, 143 ve 238 m/dak), ilerleme (0,052, 0,104 ve 0,162 mm/dev) ve talaş derinliği (0,5, 1 ve 1,5)

(25)

seçilerek tornalanmasında kesici takımda oluşan titreşim değerlerinin yüzey pürüzlülüğüyle ilişkisini incelemiştir. Deney verileri analiz edildiğinde, ilerlemenin artması ile yüzey pürüzlülüğünün arttığı, kesme hızının yükseltilmesi ile de yüzey pürüzlülüğünün azaldığını görmüşlerdir. En uygun yüzey pürüzlüğünü yüksek kesme hızı (238 m/dak), düşük ilerleme (0,052 mm/dev) ve düşük kesme derinliğinde elde etmişlerdir. Titreşimin artmasıyla yüzey pürüzlülüğü artmıştır ve ayrıca bütün kesme hızlarında ilerlemenin artmasıyla titreşim genliği değerlerinde artış gözlemlemişlerdir. Ambhore ve ark. [38] yaptığı deneysel çalışmada, sertleştirilmiş AISI 52100 çeliğini tornalama işlemi yapılarak optimum kesme parametrelerini araştırılmıştır. Tornalama işlemi yaparken kesici takımda meydana gelen titreşimlerin ( üç eksende) ölçülmesi için ivmeölçer kullanılmıştır. Yüzey pürüzlülüğünü en fazla etkileyen kesme parametreleri sırasıyla ilerleme ve kesme hızıdır. Kesme derinliğinin ise yüzey pürüzlülüğü üzerine daha az etki ettiği gözlenmiştir.

Aztekin ve ark. [39] AISI 4140 çeliğinin tornalanmasında farklı ısıl işlem parametreleri, kesici takım türleri ve kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerine olan etkilerini incelemiştir. Kesme parametreleri için, kesme hızı (100 ve 200 m/dak), ilerleme (0,02 ve 0,08) ve sabit kesme derinliği (0,15 mm) seçilmiştir. Deneyler CNC torna tezgâhında gerçekleştirilmiş olup kesici takım olarak uç açıları 55º, uç radyusleri 0,4 mm olan TiCN+Al2O3+TiN kaplı sert metal takım ile PCBN kesici takım kullanılmıştır.

Uygulanan farklı ısıl işlem parametreleri sonucu iş parçalarının sertlikleri, suda sertleşen numunelerde 52 HRc, havada soğutulan ve temperlenen numunelerde ise 15 HRc sertlik değerinde olduğu görülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü üzerindeki en etkili faktörleri belirlemek ve katkı düzey oranlarını bulmak amacıyla ANOVA kullanılmıştır. Sonuçlar analiz edildiğinde; yüzey pürüzlülüğünü en çok etkileyen faktörler ve etkileşimleri %47 oranında kesici takım türü, %26 ile iş parçası sertliği ve %17 ile iş parçası ve takım türü olarak rapor edilmiştir. CBN kesici takım ile 200 m/dak kesme hızı ile 0,02 mm/devir ilerlemede 52 HRc sertlikteki iş parçası yüzeyinden en düşük yüzey pürüzlülüğü değeri (Ra) 0,168 µm olarak ölçülmüştür. En yüksek pürüzlülük değeri 1,678 µm olarak sert metal kesici takım ile 15 HRc sertlikteki parçadan, 100 m/dak ile 0,08 mm/devir ilerleme değerlerinde elde edilmiştir. İş parçasındaki sertlik artışı ile yüzey pürüzlülüğü ters orantı olarak değişim göstermektedir. Sertlik arttıkça yüzey pürüzlülüğünde azalma meydana geldiği tespit edilmiştir.

(26)

çeliğinin kesme parametrelerinin ve mekanik özelliklerinin işlenebilirliğe etkisini araştırmıştır. AII 5140 çeliğinin mikro yapı incelemeleri ve sertlik ölçümleri yapıldıktan sonra CNC torna tezgâhında seramik kesici takım ile kesme sıvısı kullanılmadan işlenmiştir. Kesme parametreleri olarak beş farklı kesme hızı (120, 150, 210 ve 240 m/dak), dört farklı ilerleme (0,04, 0,08, 0,12 ve 0,16 mm/dev) ve dört farklı kesme derinliği (0,4, 0,6, 0,8 ve 1 mm) seçilmiştir. Tornalama işlemine katılan kesici takımların SEM (Scanning Electron Microscope) incelemeleri yapılmış olup farklı soğutma hızları sebebiyle değişen mikro yapı ve farklı kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetleri üzerine önemli bir ölçüde etki ettiğini kanıtlamışlardır. Maksimum sertlikteki malzemede en yüksek kesme kuvveti elde edilirken, aynı parçada en düşük yüzey pürüzlülüğüne ulaşılmıştır.

Şirin ve ark. [41] farklı ısıl işlem uygulanmış AISI D2 soğuk iş takım çeliklerinin iki değişik geometriye sahip sementit karbür kesici takım ile frezelenmesi sonucu kesme parametrelerinin takım aşınmasına ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini araştırmıştır. Deneylerde kesici takım olarak iki farklı geometriye sahip PVD metodu ile TiAl+Al2O3+ZrN kaplanmış karbür takım kullanılmıştır. Tornalama parametreleri dört

farklı kesme hızında (70, 90, 110 ve 130 m/dak), üç farklı ilerleme (0,05, 0,1 ve 0,15 mm/diş) ve sabit talaş derinliğinde (0,5 mm) seçilmiştir. Isıl işlem parametreleri olarak birinci grup olan iş parçalarına (21 HRc) ısıl işlem uygulanmamıştır. İkinci grup olan iş parçalarına (48 HRc) önce sertleştirme işlemi yapılmış sonra ise 600 ºC’de temperlenmiştir. Üçüncü grup iş parçaları (52 HRc) ise önce sertleştirilmiş sonra 400 ºC’de temperlenmiştir. Sonuçlar analiz edildiğinde; farklı mikro yapıdaki iş parçaları kesme kuvvetleri açısında incelendiğinde, sertliği en az olan birinci grup malzemelerde kesme kuvvetleri en düşük iken, sertliği yüksek olan üçüncü grup iş parçalarında ise kesme kuvvetleri en yüksektir. Düşük ilerleme değerlerinde (0,05 ve 0,1 mm/diş) üç iş parçası grubunda da yüzey pürüzlülük sonuçları birbirine yakın çıkmıştır. Araştırmacılar üçüncü grup iş parçalarında (52 HRc) takımların yüksek kesme hızında (130 m/dak) ve yüksek ilerlemede (0,15 mm/diş) frezeleme işlemine başladığı anda takım ömrünü tamamladığını bildirmişlerdir.

Livatyalı ve ark. [42] ısıl işleme tabi tutulmuş AISI 4340 (40 HRc) çeliğinin CNC torna ile silindirik tornalanması esnasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini araştırmıştır. Kesme parametreleri olarak üç değişik kesme hızı (100, 200 ve 300 m/dak), ilerleme (0,1, 0,15 ve 0,20 mm/dev), talaş derinliği (0,1, 0,3 ve 0,5 mm) ve

(27)

takım uç radyusu (0,4, 0,8 ve 1,2 mm) seçilerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Taguchi L9

dizilimine göre yapılan deneylerde sonuçlar incelendiğinde, yüzey pürüzlülüğüne etki eden birinci parametre ilerlemedir. İlerlemeyi sırasıyla, takım uç radyusu, kesme hızı ve talaş derinliği takip etmektedir.

Şahinoğlu ve Güllü [43] % 100 işlenebilirlik özelliğine sahip CuZn39Pb3 malzemeler ile ilgili bir araştırma yapmıştır. Yapılan bu çalışmada titreşimin, ses şiddetinin ve tezgâhın çektiği akım değerlerinin yüzey pürüzlülüğüne, takım aşınmasına ve kesme kuvvetlerine etkileri incelenmiştir. Deneyler CNC torna tezgâhında dört farklı kesme hızında (50, 75, 100 ve 125 m/dak), beş farklı kesme derinliğinde (1, 1,5, 2, 2,5 ve 3) ve dört farklı ilerlemede (0,1, 0,2, 0,3 ve 0,4) kuru kesme şartlarında gerçekleştirmişlerdir. Deney sonuçları ANOVA yöntemi ile değerlendirilmiştir. Elde edilen verilere göre, ilerleme değerinin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi % 96’dır. İlerleme değeri arttıkça yüzey pürüzlülük değeri artmıştır. Titreşim üzerindeki en etkili parametre ise %76’lık oran ile yine ilerleme değeridir. İlerleme ve kesme derinliği arttıkça titreşim artmaktadır. Araştırmacılar iyi bir yüzey kalitesi için, düşük titreşim değerleri, düşük ses şiddeti ve düşük ilerleme değerlerinin seçilmesi ile mümkün olduğunu belirtmiştir.

Gürbüz ve ark. [44] AISI 316L çeliklerinin işlenmesinde kesici takım uç formlarının ve kesme parametrelerinin yüzey bütünlüğüne (yüzey pürüzlülüğü, kalıntı gerilmeler, mikro sertlik ve mikro yapı) etkilerini deneysel olarak incelemiştir. Kesici takım olarak, PVD kaplı sinterlenmiş karbür kesici takım kullanmıştır. Deneylerde Ø 25x125 mm boyutlarındaki AISI 316L östenitik paslanmaz çelikleri tercih edilmiştir. Kesme parametreleri olarak, dört farklı kesme hızı (125, 150, 175 ve 200 m/dak), üç farklı ilerleme (0,1, 0,2 ve 0,3 mm/dev) ve iki farklı talaş derinliği (1,25 ve 2,5 mm) seçilmiştir. Her bir kesici takım formu için 24 adet deney gerçekleştirilerek toplamda 48 adet deney yapılıp yüzey pürüzlülüğü açısından sonuçlar incelendiğinde; iki farklı kesici takım formlarında kesme hızı arttıkça yüzey pürüzlülüğü değerlerinin azaldığı, talaş derinliği arttıkça yüzey pürüzlülüğünün arttığı görülmüştür. Deney sonuçları ilerleme değeri açısından incelediğinde ise ilerleme değeri arttıkça yüzey pürüzlülüğünün arttığı görülmüştür.

Tekaüt [45] 45 HRc sertliğindeki AISI T15 yüksek hız çeliği ile yapmış olduğu deneysel çalışmada, farklı kesme parametreleri ve farklı takım kaplama türlerinin (PVD metodu TiAIN+Al2O3 ve CVD metodu TiCN+TiN) yüzey pürüzlülüğüne etkilerini araştırmıştır.

(28)

0,6 mm/dev) ve sabit kesme derinliği (1,5 mm) seçilmiştir Deney sonuçları analiz edildiğinde; iki farklı kesici takım kaplama türünde de ilerleme arttıkça yüzey pürüzlülüğü artmıştır. 0,1 mm/dev ilerleme değerinde PVD TiAIN+Al2O3 kaplamalı

kesici takımlarla bulunan yüzey pürüzlülük değerleri diğer kaplama türünden bulunan yüzey pürüzlülük değerlerinden düşüktür. Bunun sebebinin ise, PVD TiAIN+Al2O3

kaplama türünün ısı iletim katsayının diğer kaplama türüne göre daha düşük olmasından kaynaklandığını belirtmiştir. En az yüzey pürüzlülüğü değerlerini 80 m/dak ve 0,1 mm/dev ilerleme ile PVD TiAIN+Al2O3 kaplamalı kesici takımla elde etmiştir.

Literatür çalışması sonucunda elde edilen bilgilere göre; ısıl işlem uygulanarak yüksek sertlik değerlerine çıkabilmeleri ve kesme parametre optimizasyonu ile düşük yüzey pürüzlülük değerleri elde edilebilmesi nedeniyle araştırmacılar tarafından ıslah çelikleri ve bu gruptan olan AISI 4340 çeliği üzerinde nitelikli çalışmalar yapılmaktadır.

Ayrıca sertleştirilmiş çeliklerden talaş kaldırmak için gerekli kabiliyeti gösteren kesici takımların seçilmesi literatürde dikkatlice incelenmiştir. Yüksek sertlikte olan iş parçalarında tornalama yapan ve yüksek kesme hızlarında çalışabilen seramik kesici takımlar dikkat çekmektedir [15], [19], [28], [32], [33], [40].

Bu çalışmada yüksek kesme hızlarında, soğutma sıvısı kullanılmadan çalışan dolayısıyla günümüzde önemi gittikçe artan seramik kesici takımlar kullanılarak farklı sertliklere (20, 46 ve 53 HRc) getirilen AISI 4340 çeliğinin kuru kesme şartlarında tornalanmasında kesme parametrelerinin ve oluşan titreşimlerin yüzey pürüzlülüğüne etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın literatürde yapılan diğer çalışmalardan farkı ise, deneysel çalışmada kullanılan AISI 4340 çeliklerine uygulanan farklı ısıl işlem parametreleriyle CNC torna tezgâhında, taşlama tezgâhına ihtiyaç duymadan maliyet ve zamandan tasarruf ederek taşlama kalitesinde yüzeyler edilmesidir.

(29)

3. MATERYAL VE YÖNTEM

Yapılan çalışmada otomotiv ve imalat sanayinde yaygın olarak kullanılan AISI 4340 ıslah çeliklerinin farklı ısıl işlem prosesi ile sertleştirilmeleri neticesinde CNC torna tezgâhında kesme parametrelerinin ve kesici takımda meydana gelen titreşimlerin yüzey pürüzlülüğüne olan etkileri araştırılmıştır.

Bu amaç ile yüksek kesme hızlarında ve yüksek iş parçası sertliklerinde oldukça iyi sonuçlar veren seramik kesici takımlar kullanılarak optimum kesme parametreleri belirlenmiştir.

Bu bölümde deneylerde kullanılan malzeme, seramik kesici takım, ısıl işlem parametreleri, kesme parametreleri hakkında bilgi verilmiş, deney işlem akışı ve deney düzeneği ayrıntılı bir şekilde anlatılmıştır. Şekil 3.1’de deneysel çalışmada uygulanan işlem basamakları verilmiştir.

(30)

Şekil 3.1. Çalışmada uygulanan işlem basamakları.

3.1. AISI 4340 ISLAH ÇELİKLERİ

Islah çelikleri otomotiv ve imalat sanayinde ağır yüklere maruz kalan konstrüksiyon parçalarının üretiminde kullanılır. Bünyesinde %2-0,5’e kadar karbon bulunmaktadır. İmalat çeliklerinden daha mukavemetli özelliklere sahip olup, ana alaşım elementleri silisyum, krom, molibden, mangan, nikel ve vanadyumdur. Islah çeliklerinin türleri sırası ile dövme kalite çelikleri, orta karbonlu çelikler, alaşımlı çelik ve düşük alaşımlı yapı çelikleridir. En büyük özellikleri ise ısıl işlem uygulandıktan sonra içerisindeki krom (Cr) ve molibden (Mo) gibi alaşım elementlerinden dolayı yüksek dayanım, süneklilik ve sertlik gibi mekanik özelliklere sahip olmalarıdır [46], [47]. İçyapı oluşumu ıslah

(31)

çeliklerinin talaş kaldırma özellikleri bakımından önemlidir. Uygulanan ısıl işlem parametrelerine ve alaşım elementlerine bağlı olarak talaş kaldırma özellikleri değişebilmektedir. Örneğin, frezeleme, delme ve tornalama işlemlerinde %0,06-%0,1 silisyum ıslah çeliklerinin işlenebilirlik açısından talaşlı imalatta olumsuz sonuçlar vermektedir [2]. Kimyasal bileşimine göre ıslah çelikleri alaşımsız, mangan alaşımlı, krom alaşımlı ve krom-molibden alaşımlı ıslah çelikleri olarak dört gruptan oluşur [48]. Islah işlemi çelik parçaya önce bir sertlik arkasından temperleme ile yüksek tokluk ve üstün mekanik özellikler kazandırdığından dolayı, motor parçaları, krank milleri, dövme parçaları, akslar, piston kolları, miller, dişliler, kumanda ve tahrik parçaları gibi çok geniş kullanım alanlarına sahiptir. İnşaat çelikleri ve alaşımsız çeliklerden sonra en çok üretilen ve kullanılan çelik sınıfıdır AISI 4340 ıslah çelikleri yüksek mukavemet ve tokluk kabiliyeti sayesinde nükleer santrallerde, eksantrik ve krank millerinde, otomobil direksiyon parçalarında, kovanlarda, özellikle hava araçlarının iniş parçalarında, helikopterlerin bağlantı bileşenlerinde, yüksek basınçlı kapların imalatında ve reaktörlerde kullanımı çok yaygındır [46], [49-52]. Islah çeliklerinden olan AISI 4340 çelikleri orta karbonlu (% 0,4 C) martenzitik çeliklerdendir. İçerdiği karbon molekülü sayesinde ısıl işlem sonrası sertleşme yeteneği iyidir [5].

3.2. DENEY MALZEMELERİNİN HAZIRLANMASI

İş parçası olarak imalat sanayisinde geniş bir kullanım alanına sahip olan AISI 4340 ıslah çeliği kullanılmıştır. AISI 4340 çeliğine ait kimyasal bileşim ve mekanik özellikleri Çizelge 3.1 ve Çizelge 3.2’de verilmiştir.

Çizelge 3.1. AISI 4340 çeliğinin kimyasal bileşimi [46].

Element C Si Mn Pmax Smax Cr Ni Mo

% 0,30 0,38 0,15 0,40 0,40 0,70 0,035 (max.) 0,035 (max.) 1,40 1,70 1,40 1,70 0,15 0,30

(32)

Çizelge 3.2. AISI 4340 çeliğinin mekanik özellikleri [46]. Çekme dayanımı (Mpa) Akma dayanımı (Mpa) Elastik modül (Gpa) Uzama % 1200 900 200 10

Tornalama deneylerinde kullanılmadan önce iş parçalarının dış yüzeyinden silindirik tornalama ile 2 mm talaş kaldırılarak yüzeyleri temizlenmiştir. Parçaların tek tarafına punta deliği açılmıştır. Parçaların teknik resmi Şekil 3.2’de gösterilmiştir. Deney numuneleri Şekil 3.3’te görüldüğü gibi hazırlanmıştır.

Şekil 3.2. AISI 4340 deney numuneleri.

(33)

3.3. SERTLİK ÖLÇME NUMUNELERİNİN HAZIRLANMASI

Daha önce Şekil 3.3’teki gibi hazırlanan AISI 4340 çeliğinin farklı ısıl işlem parametreleri sonrasında sertlik ölçümlerinin yapılabilmesi için üç adet ısıl işlemsiz, üç adet geleneksel ısıl işlemli ve üç adet geleneksel ısıl işlemli+temperleme olmak üzere toplam dokuz adet olan sertlik ölçme numuneleri hazırlanmıştır. Şekil 3.4’te sertlik ölçme numunelerinin ölçüleri verilmiştir.

Şekil 3.4. AISI 4340 sertlik ölçme numune ölçüleri.

3.4. ISIL İŞLEM

Metal ve alaşımların kullanım amaçlarına göre istenilen mekanik ve fiziksel özelliklerin kazandırılması için belirli bir plan, program dâhilinde ısıtma ve soğutma işlemlerine ısıl işlem denir. Demir esaslı malzemelerden istenilen mekanik ve fiziksel özelliklerin belirli sınırlar içerisinde değiştirilmesi özellikle metal ve alaşımların yapı içerisindeki dağılımı ve ısıl işlem uygulamalarına göre değişiklikler gösterir. Örneğin, çeliklerin östenit bölgeden soğutulması, hangi koşulda ve türde soğutma yapılacağı, mekanik ve fiziksel özelliklerini değiştirebilmektedir [46].

Yavaş soğutma, çeliği yumuşak ve sünek yapabileceği gibi hızlı soğutma ise çeliği kırılgan hale getirir. Çeliklere uygulanan ısıl işlem ile çeliklerin; dayanımını, mukavemetini arttırmak veya azaltmak, iç gerilmeleri azaltmak, homojen bir yapı elde etmek, tane büyüklüğünü değiştirmek, tokluk ve süneklik gibi özelliklerini değiştirerek talaşlı üretime hazır hale getirmek amaçlanır [53]. Isıl işlem, sertleştirme ve temperleme olmak üzere iki bölümde araştırılabilir. Sertleştirme ile yarı kararlı bir yapı oluşturulurken, temperleme ile ise tam kararlı bir içyapı oluşturulabilir. Bu bilgiler doğrultusunda ısıl işlem aşamalarını, belirli bir sıcaklığa ısıtma (östenit sıcaklığı), bu sıcaklıkta bekletme (östenitleme) ve soğutma (sertleştirme) olacak şekilde sıralayabiliriz. [54].

(34)

3.4.1. Geleneksel Isıl İşlem

Geleneksel ısıl işlem, kullanılan çelik türü ve istenilen teknik özelliklere göre östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılan çeliğin, süresini tamamladıktan sonra östenitleme sıcaklığından hızlı bir şekilde soğutulmasıdır. Çeliğin bu dönüşümle sertleştirilmesinde ilk aşama, çeliğin belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması ve daha sonra östenitleme sıcaklığında istenilen değişiklikler oluncaya kadar bekletilmesi sağlanmalıdır. Homojen bir östenit yapı elde etmek ve mevcut karbürlerin homojen olarak östenit yapı içerisinde çözülmesini sağlayacak, tane büyümesine izin vermeyecek ısıtma sıcaklığı çok önemlidir. Tüm çelik alaşımlarında ön ısıtma ve östenitleme sıcaklıkları aynı değildir. Alaşım elementlerin cinsi ve miktarı, özellikle çelikteki karbon miktarına bağlı olarak östenitleme sıcaklıkları değişebilmektedir [46]. Şekil 3.5’te alaşımsız çeliklerde karbon miktarına göre östenitleme sıcaklıkları verilmiştir.

Şekil 3.5. Alaşımsız çeliklerde karbon miktarına bağlı östenitleme (sertleştirme) sıcaklığı [55].

Çeliklerin sertleştirilmesinde östenitleme sıcaklığı, sıklıkla bu çelikle ilgili, daha önceki çalışmalardan elde edilen bilgiler çerçevesinde ısıl işlem parametrelerinin oluşmasını sağlayacak tablolardan yararlanılabilir. Öneri niteliğindeki bilgilerin kullanılması, çoğu zaman daha sağlıklı araştırma ve deney yapmayı mümkün kılar [46]. Çizelge 3.3’te AISI

(35)

4340 çeliğine ait ısıl işlem özellikleri verilmiştir.

Çizelge 3.3. AISI 4340 çeliğinin ısıl işlem özellikleri [46]. Sıcak şekillendirme sıcaklığı ºC Yumuşatma tavlama sıcaklığı ºC Normalleştirme tavlama sıcaklığı ºC Su verme sıcaklığı ºC Temperleme (Menevişleme) sıcaklığı ºC 850-1050 650-700 850-880 830-860 540-680

Geleneksel ısıl işlemde ikinci aşama su verme (soğutma) işlemidir. Çeliğinin sertleşmesi için soğuma hızı, malzemenin kritik soğutma hızından daha fazla olmalıdır. Östenit sıcaklığa çıkmış ve bu sıcaklıkta belirli bir süre beklemiş olan çelik, farklı soğutma ortamlarında ve soğutma hızlarında soğutulursa farklı yapılara sahip olur [54]. Sertleştirme için en yaygın kullanılan soğutma ortamları, en hızlı soğuma ortamı için suda soğutma, orta hızda soğutma için yağda soğutma ve en yavaş soğutma için hava ve sıcak banyodur [46].

3.4.2. Temperleme İşlemi

Isıl işlem aşamalarından biri olan soğutma (su verme) işleminden sonra çelik parçalarda martensit yapı bulunmasından dolayı büyük gerilmeler mevcuttur. Bu kırılgan ve gevrek yapıya sahip çelik parçalar 100 ile 670 ºC arasında ısıtılarak, gerilmelerin azaltılması sağlanır [46]. Bu sıcaklıklar arasında belirli bir süre tutulduktan sonra havada soğutulmaya bırakılır [56]. Soğutulan (su verilen) çeliklere temperleme işlemi yapıldığında tokluk ve süneklilikleri artar, buna zıt olarak mukavemet ve sertlikleri azalır. Şekil 3.6’daki grafikte AISI 4140 çeliğine (1 saat temperlenmiş) temperleme sıcaklıkları ile değişen tokluk ve sertlik ilişkisi verilmiştir. Şekil 3.7’de ise AISI 4340 çeliğine ait farklı temperleme sıcaklıklarındaki mekanik özelliklerin değişimi verilmiştir.

(36)

Şekil 3.6. AISI 4140 çeliğinin 1 saat temperlenmiş haldeki sertlik ve tokluğunun sıcaklığa göre değişimi [57].

Şekil 3.7. AISI 4340 çeliğinin mekanik özelliklerinin farklı temperleme sıcaklığına göre değişimi [58].

3.4.3. Deney Malzemelerine Uygulanan Isıl İşlem

Deneylerde kullanılacak olan AISI 4340 çelik numuneleri daha önceden yüzeyinden silindirik tornalama yapılarak ve tek taraflı punta deliği açılarak ısıl işleme hazır hale getirilmiştir. Birinci numuneye herhangi bir ısıl işlem uygulanmamıştır. İkinci numuneye geleneksel ısıl işlem uygulanmış olup, ardından oluşan gerilmelerin azaltılması ve giderilmesi için temperleme işlemi yapılmıştır. Üçüncü numuneye ise ikinci numuneye yapılan ısıl işlem prosesinin aynısı uygulanmış olup, tokluğun ve sünekliliğin arttırılması

(37)

ve sertliğin azaltılması için ikinci bir temperleme işlemi yapılmıştır. Şekil 3.8’de ısıl işlem sonrası AISI 4340 çeliğine ait numuneler verilmiştir. Numunelere uygulanan ısıl işlem Sarsılmaz Silah Sanayi A.Ş.’de yapılmıştır.

Şekil 3.8. Isıl işlem sonrası AISI 4340 çeliği numuneleri.

Birinci numuneye ısıl işlem uygulanmamıştır. İkinci ve üçüncü numune oda sıcaklığından (20ºC) 800ºC’ye kadar 45 dakika boyunca ısıtılmıştır. 45 dakika sonra 880 ºC’de 120 dakika boyunca östenitleme yapılmıştır. Östenit sıcaklığından 70 ºC’lik yağda aniden 20 dakika boyunca soğutma işlemi yaparak çeliğin sertleştirilmesi sağlanmıştır. Ani soğutma nedeniyle sertleşen ve kırılganlaşan her iki numuneye süneklik ve tokluk kazandırmak için 200 ºC’de 120 dakika boyunca temperleme işlemi uygulanmıştır. İki numunede 20 HRc sertliğinden 53 HRc sertliğine getirilmiştir. Üçüncü numuneye tekrar 200 ºC’de 120 dakika boyunca temperleme yapılarak sertliği 46 HRc ye düşürülmüş olup, tokluğu ve sünekliliği arttırılmıştır. AISI 4340 çeliklerine uygulanan ısıl işlem prosesi Şekil 3.9’da verilmiştir.

(38)

Şekil 3.9. AISI 4340 çeliğinin ısıl işlem prosesi.

3.5. SERTLİK ÖLÇME

Kendisinden sert başka bir malzeme ile çizilme, batma ve ezilmeye karşı göstermiş olduğu dirence o malzemenin sertliği denir [59]. Diğer bir ifade ile sertlik, malzemelerin plastik deformasyona karşı gösterdiği direnç olarak tarif edilebilir [60]. Malzemelerin sertliğini ölçmek için günümüze kadar farklı ölçme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler aşağıda verilmiştir:

 Brinell  Rockwell  Vickers

Bu sertlik ölçme yöntemlerinin ayırt edici özellikleri yükleme kuvveti, batıcı uç ve ölçme değerleridir. Bu yöntemler arasında Rockwell sertlik ölçme yöntemi sertliği ölçülecek parçanın yüzeyine tepe açısı 120 ºC olan basık elmas konik veya küresel çaplı bilye kullanılarak belirli bir yükün altında oluşan iz derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Kullanılan yükler 60 ile 150 kg arasında değişir. Farklı yük ve iz uygulayıcısının şekline ve çapına göre farklı Rockwell sertlik ölçme yöntemleri kullanılabilir. En yaygın